JP2007087218A - 画像処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 カラー画像を拡大する際に生じるブロック歪を少ない処理量で軽減する画像処理装置を提供する。
【解決手段】 複数の色成分を有する原画像を保持する原画像保持手段と、前記原画像保持手段に保持された前記原画像から前記複数の色成分ごとに所定サイズの複数の画像ブロックを取得する画像ブロック取得手段と、前記取得された画像ブロック毎に、前記原画像の中から相似する相似画像ブロックをそれぞれ検出する相似画像検出手段と、前記相似画像検出手段により検出された相似画像ブロックを元の画像ブロックに対応して配置する相似画像ブロック配置手段とを具備し、前記画像ブロック取得手段は、前記色成分のうち少なくとも1色は他の色成分とは異なる位置に画像ブロックを配置する。
【選択図】 図10
【解決手段】 複数の色成分を有する原画像を保持する原画像保持手段と、前記原画像保持手段に保持された前記原画像から前記複数の色成分ごとに所定サイズの複数の画像ブロックを取得する画像ブロック取得手段と、前記取得された画像ブロック毎に、前記原画像の中から相似する相似画像ブロックをそれぞれ検出する相似画像検出手段と、前記相似画像検出手段により検出された相似画像ブロックを元の画像ブロックに対応して配置する相似画像ブロック配置手段とを具備し、前記画像ブロック取得手段は、前記色成分のうち少なくとも1色は他の色成分とは異なる位置に画像ブロックを配置する。
【選択図】 図10
Description
本発明は、画像処理装置に関する。
画像を表示したり印刷したりする際に、単位面積あたりの画素数を増やすと画像が鮮明に見える。また、単位面積あたりの画素数を同じにして画像の画素数を増やせば、画像を大きく表示したり印刷したりできる。これらに共通する、元の画像の図柄を保ちつつ画素数を増やす処理をここでは画像の拡大と呼ぶ。
画像の拡大の際に、特に鮮明な画像が得られる手法としてフラクタル拡大法がある(例えば、非特許文献1や特許文献1参照)。この手法では、図3(a)に示すように、まず画像を子ブロックと呼ぶブロックに分割する。なお画像は、各画素に例えば256階調の画素値をもった濃淡画像であるが、図3(a)では、図を分かりやすくするために白黒の2値画像で示している。
次に、図3(b)に示すように、それぞれの子ブロックに対して、それと図柄が相似で、子ブロックより大きいブロックを同じ画像の中から探索し、見つかった相似なブロックを親ブロックとして決める。ここで相似とは、親ブロックから画素をとりだし、それを子ブロックと同じ画素数に縮小して得られる縮小親ブロックが子ブロックの画素値と一致することをいう。
実際の画像では一致することはまれなので、所定の探索範囲の中で親ブロックを仮に設定し、その縮小したものと子ブロックの画素値の誤差を計算し、その誤差が最も小さくなるものを最終的な親ブロックとして決定する。そして、求めた親ブロックをその子ブロックの位置に合わせて並べることで、図3(b)のような拡大画像が得られる。
フラクタル拡大法では、被写体の輪郭部分など輝度値が急峻に変化する部分でもリンギングが生じないなどの利点があるが、ブロック単位で処理を行うために、ブロックの境界で歪が生じることがある。このブロック歪を軽減するために、非特許文献1や特許文献1では、子ブロックを重ねる手法を示している。つまり、図4の色成分Y1に示すように、先ず、前述の方法と同様に画面の端から一定の大きさでブロックを分割する。次に、図4Y2に示すように、大きさは同じであるが、境界をずらしてブロックを追加して配置する。図が煩雑になるので、Y1とY2の2つに分けて図示しているが、これらは1枚の画面に配置したものである。つまり画面全体が子ブロックで2重に覆われる。このように配置した子ブロックに対して、それぞれ親ブロックを求める。そして親ブロックを子ブロックの位置に並べると、1画素に2つの画素値が与えられることになるので、それらを平均して拡大画像の画素値とする。この方法によりブロック境界が画面内で分散し目立たなくなる。
特許第3491829号公報
Daniele Giusto, et.al., Slow Motion Replay of Video Sequences using Fractal Zooming,「IEEE Transactions on Consumer Electronics」, U.S.A., Feb. 2005, vol.51, no.1, pp103-111(p.106, Fig.2.3)
カラー画像にフラクタル拡大法を用いるとやはり濃淡画像と同様にブロック歪が生じる。これを軽減するには、カラー画像を表現するために必要な例えば3色の色成分ごとに子ブロックを重ねる方法を用いるのが簡便である。例えば、R(赤)、G(緑)、B(青)の色成分からなるカラー画像は、Rの画像、Gの画像、Bの画像の3枚の画像に分けられる。そしてまず、R画像について、子ブロックを重ねてフラクタル拡大法を実行して拡大する。同様に、G画像、B画像も拡大する。
しかし、この方法では、それぞれ3色の画像に対してフラクタル拡大法を実行するために処理しなければならない情報量が多くなるという問題がある。フラクタル拡大法では、その全体の処理量に対し、親ブロックを探索する処理が多くを占め、この処理量は子ブロックの数に比例する。
従って、画面全体に子ブロックを重ならないように配置したときの処理量をAとすると、R、G、Bの3画面に2重に子ブロックを配置する場合、Aの6倍の処理量が必要となる。
本発明は上記問題にかんがみてなされたもので、カラー画像に対しても処理量を少なくし、かつブロック歪も抑えることができる画像処理装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、複数の色成分を有する原画像を保持する原画像保持手段と、
前記原画像保持手段に保持された前記原画像から前記複数の色成分ごとに所定サイズの複数の画像ブロックを取得する画像ブロック取得手段と、
前記取得された画像ブロック毎に、前記原画像の中から相似する相似画像ブロックをそれぞれ検出する相似画像検出手段と、
前記相似画像検出手段により検出された相似画像ブロックを元の画像ブロックに対応して配置する相似画像ブロック配置手段とを具備し、
前記画像ブロック取得手段は、前記色成分のうち少なくとも1色は他の色成分とは異なる位置に画像ブロックを配置することを特徴とする画像処理装置を提供する。
前記原画像保持手段に保持された前記原画像から前記複数の色成分ごとに所定サイズの複数の画像ブロックを取得する画像ブロック取得手段と、
前記取得された画像ブロック毎に、前記原画像の中から相似する相似画像ブロックをそれぞれ検出する相似画像検出手段と、
前記相似画像検出手段により検出された相似画像ブロックを元の画像ブロックに対応して配置する相似画像ブロック配置手段とを具備し、
前記画像ブロック取得手段は、前記色成分のうち少なくとも1色は他の色成分とは異なる位置に画像ブロックを配置することを特徴とする画像処理装置を提供する。
また、本発明は、原画像保持手段により複数の色成分を有する原画像を保持する工程と、
画像ブロック取得手段により前記原画像保持手段に保持された前記原画像から前記複数の色成分ごとに所定サイズの複数の画像ブロックを取得する工程と、
相似画像検出手段により前記取得された画像ブロック毎に、前記原画像の中から相似する相似画像ブロックをそれぞれ検出する工程と、
相似画像ブロック配置手段により前記相似画像検出手段により検出された相似画像ブロックを元の画像ブロックに対応して配置する工程と、
前記画像ブロック取得手段は、前記色成分のうち少なくとも1色は他の色成分とは異なる位置に画像ブロックを配置する工程とを具備することを特徴とする画像処理方法を提供する。
画像ブロック取得手段により前記原画像保持手段に保持された前記原画像から前記複数の色成分ごとに所定サイズの複数の画像ブロックを取得する工程と、
相似画像検出手段により前記取得された画像ブロック毎に、前記原画像の中から相似する相似画像ブロックをそれぞれ検出する工程と、
相似画像ブロック配置手段により前記相似画像検出手段により検出された相似画像ブロックを元の画像ブロックに対応して配置する工程と、
前記画像ブロック取得手段は、前記色成分のうち少なくとも1色は他の色成分とは異なる位置に画像ブロックを配置する工程とを具備することを特徴とする画像処理方法を提供する。
本発明によれば、複数の色成分を別々に拡大する際、色成分ごとに異なる位置にブロックを配置する。こうすることで、それぞれのブロックの境界が互いにずれ、色成分を合わせてカラー画像として表示する際にはブロック境界の歪が互いに打ち消されて軽減することができる。さらに、本発明ではブロックを重ねるなどの処理を必要としないので処理すべき情報量を低減することができる。
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。なお、本発明は以下にあげる実施形態に限定されることはなく種々組み合わせて実施することができる。
(第1の実施形態)
図1に、先ず、本発明の第1の実施形態に係わる画像処理装置の基本動作を説明するためにフローチャートを示す。
図1に、先ず、本発明の第1の実施形態に係わる画像処理装置の基本動作を説明するためにフローチャートを示す。
この画像処理装置では、先ず、カラー画像を形成するための複数の色成分に対して画面毎に、異なる位置にブロックを配置する(ステップ11)。色成分とは例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)の3成分或いは輝度(Y)、青と輝度の差(U)、赤と輝度の差(V)の3成分若しくはシアン(C)、マゼンタ(M)、黄(Y)、黒(K)の4成分などがある。
図5に、色成分としてR、G、Bについて色成分毎の画面に対してブロックを配置した例を示す。R成分は画面の左上の頂点を起点にして正方形のブロックで分割する。ブロックの大きさは例えば4×4画素である。画面の左上の頂点の座標を(0,0)として、右方向にX軸、下方向にY軸をとり、座標を(X,Y)と表すとすると、左上のブロックは(0,0)、その右側のブロックは(4,0)にブロックの左上の角が位置する。
G成分については、頂点から正方形の縦横半分ずつずらした位置を起点にする。つまり、ブロックの左上の角は、(2,2)、(6,2)、(10,2)・・・となる。また、画面の端は2×2画素、2×4画素、4×2画素の長方形のブロックで図のように覆う。
B成分については図のように、(2,0)、(6,0)、(10,0)・・・とする。画面の両端は、2×4画素のブロックで覆う。
図6に、この他のブロックの配置の方法を示す。ここではブロックをn×n画素としている。
図6(a)は、Rの起点が(0,0)、Gの起点が(n/2,0)、Bの起点が(0,n/2)の例である。図6(b)は、Rの起点が(0,0)、Gの起点が(2n/3,n/3)、Bの起点が(n/3,2n/3)で、例えばn=3の時には、Rが(0,0)、Gが(2,1)、Bが(1,2)である。図6(c)は、Rの起点が(n/4,0)、Gの起点が(0,n/2)、Bの起点が(n/2,n/2)である。
図5や、図6(a)、図6(c)の例では、一部のブロック境界が重なるが、図6(b)の例では、ブロックサイズが3の倍数に限られるものの、ブロック境界が全く重ならないため、ブロック歪の軽減効果が最も高い。
次に、図1に示すように、ブロック毎に拡大処理を行う(ステップ12)。この拡大処理としてフラクタル拡大法を用いる例を図2に示す。図1のステップ12の部分が、図2のステップ21とステップ22に相当する。
図2に示すように、既に色成分ごとに画面全体に配置されているブロックを子ブロックとして、それと相似なブロックを各子ブロックの周囲で探索する(ステップ21)。すなわち、子ブロックより大きな、親の候補ブロックを仮におき、その画素値を取り出して子ブロックのサイズに縮小し、画素値の絶対値誤差あるいは2乗誤差を求める。複数の候補ブロックについて誤差を計算し、誤差が最も小さい候補ブロックを親ブロックとする。
次に、親ブロックをそれに対応する子ブロックの位置関係に合わせて並べることで画像が拡大される(ステップ22)。その結果、例えば親ブロックが子ブロックの2倍の大きさであれば、画像も2倍に拡大される。このステップ21とステップ22を色成分ごとに行う。拡大された画像の色成分を合わせてカラー表示すると、ブロック境界が色成分毎にずれているので、ブロック歪が軽減される。また、画面全体に子ブロックを重ならないように配置したときの処理量をAとすると、R、G、Bの3画面に2重に子ブロックを配置すると、Aの6倍の処理量が必要となるのに対して、この例では、Aの3倍の処理量となる。実際には、ブロックを2重にすると必要になる画素値の平均の計算も不要なので、処理量は2重に子ブロックを配置する場合に比較して1/2以下になる。
図7にR、G、Bとも同じブロック配置にしてフラクタル拡大法で拡大した結果を示す。カラー画像であるが、本明細書に掲載するにあたり、拡大画像の画素毎にRGBの値から濃淡値に変換した。このように、人物の頬の部分などにブロック歪が目立つ。
図8にR、G、Bそれぞれで子ブロックをずらして2重に配置した結果、図9に本発明によりR、G、Bいずれもブロックは重ねず、RGBで互いにブロックの位置をずらせた結果を示す。
図8、図9とも、図7よりもブロック歪が軽減していることが分かる。この実験における処理時間は、図7に示した方法が428ms、図8に示した方法が906ms、図9に示した本発明による方法が438msであった。このように本発明によれば、処理量を増やさずにブロック歪を軽減できる。
図1のステップ12の部分をフラクタル拡大法ではなく、事例ベース拡大法(文献「Example-Based Super-Resolution」(W. Freeman他, IEEE Computer Graphics and Applications, Mar./Apr.,2002, pp.56-65)参照)を用いる例を図14に示す。
この手法では、予め、幾つかの画像から多くのブロックを切り出して、それらを高解像度ブロックとし、それぞれを縮小した低解像度ブロックと対応づけて図15のような変換テーブルを作っておく。つまり、低解像度ブロックを一つ選ぶと、その元々の高解像度ブロックが分かる。低解像度ブロックの大きさをステップ11で配置するブロックの大きさに合わせて変換テーブルを作っておき、ステップ141では、ブロックごとに、変換テーブルの低解像度ブロックの中から似たものを探索し、最も画素値の誤差が少ないものを求める。ステップ142において、求まった低解像度ブロックに対応する高解像度ブロックをフラクタル拡大法のように並べることで拡大画像を得る。以上、単純に説明したが、先の文献では高周波成分を分離するなどさらに工夫をこらしている。この事例ベース拡大法もブロック単位の処理なので、フラクタル拡大法と同様にブロック歪が発生する。そこで、本発明により、色成分ごとにブロックの配置をずらすことで、カラー画像においてブロック歪を軽減できる。
図10に本発明による画像処理装置のブロック図を示す。
図1に示すように、この画像処理装置は、画像メモリ101と、ブロック拡大回路103と、画像メモリ105を有している。この画像処理装置では、外部から画像メモリ101に画像が記録される。そして、画像メモリ101から最初の色成分例えばR成分のブロック画像データ102がブロック拡大回路103に送られる。ブロック画像データ102は例えば、図5Rの左上ブロックの画素値をラスタ順序(左上画素から右方向、上ラインから下ラインの順序)で並べたものである。ブロックがn×n画素の場合、ブロック画像データ102はn×n個の画素値になる。
ブロック拡大回路103ではブロック画像データ102の拡大処理が行われ、拡大されたブロック画像データ104が画像メモリ105に送られて拡大画像の左上の位置として記録される。同様に画像メモリ101からブロック画像データ102が順次読み出され、拡大回路103で拡大される。そして、拡大されたブロック画像データ104として画像メモリ105に記録される。
図5の全てのブロックについて拡大が終了したら、次に、G成分の拡大を同様に行う。このときは、図5Gのブロックごとに処理を行う。最後にB成分について図5Bのブロックごとに拡大する。
図11に本発明の画像処理装置についてフラクタル拡大法を用いた場合のブロック図を示す。
この画像処理装置は、画像メモリ111と、縮小器116と、比較器113と、ブロック保持回路118と、画像メモリ110を有している。
この画像処理装置は、先ず画像メモリ111に元の画像が記録される。そして、画像メモリ111からR成分の子ブロック画像データ112が比較器113に送られる。この最初の子ブロック画像データ112は、図5Rの左上のブロックである。次に、この子ブロックの近くの候補ブロック画像データ115が画像メモリ111から縮小器116に送られる。なお候補ブロックは、拡大率に合わせ、m倍に拡大するのであれば、子ブロックのm倍の大きさ、つまり、子ブロックがn×n画素であれば、mn×mn画素にする。
縮小器116では、候補ブロック画像データ115を子ブロックと同じn×n画素に縮小する。この縮小ブロック画像データ117は比較器113に送られる。比較器113では、子ブロック画像データ112と縮小ブロック画像データ117の誤差114を計算し、ブロック保持回路118に送る。ブロック保持回路118では、その時送られてきた誤差114が、それまでに送られてきた誤差よりも小さい場合に、その時の候補ブロック画像データ115を画像メモリ111から読み出して、その誤差114とともに保持する。なお、最初の候補ブロックについては、誤差の値によらず、その候補ブロック画像データ115を保持する。以降、別の位置から順次、候補ブロック画像データ115が画像メモリ111から読み出され、同様に誤差114を計算することで、ブロック保持回路118には、それまでに最も小さな誤差が得られた候補ブロック画像データ115が保持されることになる。子ブロックの一定の距離以内での探索が終わったら、その時にブロック保持回路118に保持されている候補ブロック画像データ115が親ブロック画像データ119として画像メモリ110に送られ、拡大画像の左上の位置として記録される。同様に図5Rの他の子ブロックについても拡大される。
次に、G成分について、図5Gのブロックごとに、B成分について、図5Bのブロックごとに、それぞれ拡大する。これにより拡大されたカラー画像が得られる。なお、ブロック保持回路118で保持するのは、誤差114だけにして、候補ブロック画像データ115は逐一画像メモリ110に書き込んでもよい。より少ない誤差114が得られたときは、一度書き込んだデータをそのときの候補ブロック画像データ115で上書きする。以下の実施例でも同様の変形が可能である。
図12に本発明の画像処理装置についてフラクタル拡大法を用いた場合のブロック図を示す。
この画像処理装置は、画像メモリ121と、比較器127と、簡易拡大器123と、ブロック保持回路120と、画像メモリ125を有している。
この画像処理装置は、先ず画像メモリ121からR成分全体の画像データ122が簡易拡大器123に送られる。簡易拡大器123では、例えば共一次内挿法や3次畳み込み内挿法(「新編画像解析ハンドブック」高木、下田監修、東京大学出版会、2004年9月、pp.1364-1373)で画像データ122が拡大され簡易拡大画像データ124として画像メモリ125に送られ記録される。この拡大率は、最終的に必要な拡大画像に合わせる。つまり、m倍に拡大するのであればここでの拡大もm倍にする。この状態で、画像メモリ125からその左上のmn×mn画素のブロックを拡大子ブロック画像データ126として読み出す。これが、図5Rの左上のブロックに相当する。ただし、先に簡易拡大器123でn×n画素のブロックがmn×mn画素に拡大されている。この拡大子ブロック画像データ126が比較器127に送られる。一方、mn×mn画素の候補ブロック画像データ128が画像メモリ121から読み出され、そのまま比較器127に送られる。
図11の実施例では、候補ブロック画像データ115は縮小された後に誤差の計算を行ったが、本実施例では、子ブロックの方を予め拡大してあるので候補ブロック画像データ128を縮小する必要はない。比較器127では、拡大子ブロック画像データ126と候補ブロック画像データ128の誤差129を計算し、ブロック保持回路120に送る。ブロック保持回路120では、その時送られてきた誤差129が、それまでに送られてきた誤差よりも小さい場合に、その時の候補ブロック画像データ128を画像メモリ121から読み出して誤差129と合わせて保持する。探索が終わったら、その時にブロック保持回路120に保持されている候補ブロック画像データ128が親ブロック画像データ1201として画像メモリ125に送られ、拡大画像の左上の位置に上書きされる。同様に図5Rの他の子ブロックについても画像メモリ125が上書きされる。上書きにより、簡易拡大された画像よりも鮮明になる。
同様に、G成分について、図5Gのブロックごとに、B成分について、図5Bのブロックごとに、それぞれ拡大する。図12の実施例は、図11の実施例と比べて、簡易拡大器123の処理が増えるが、縮小器116の処理を省ける。これらの全体の処理量は、簡易拡大や縮小の個々の処理量、探索の範囲によって変わるので、それらに応じて図11、図12のいずれかを選べばよい。
図13に本発明の画像処理装置について事例ベース法を用いた場合のブロック図を示す。
この画像処理装置は、画像メモリ131と、比較器133と、メモリ134と、ブロック保持回路137と、画像メモリ139を有している。
この画像処理装置は、先ず画像メモリ131からR成分のn×n画素のブロック画像データ132が比較器133に送られる。メモリ134には図15のような変換テーブルが保持されており、そこからn×n画素の低解像度ブロックデータ135が一つ読み出されて比較器133に送られる。比較器133では、ブロック画像データ132と低解像度ブロックデータ135の誤差136を計算し、ブロック保持回路137に送る。ブロック保持回路137では、その時送られてきた誤差136が、それまでに送られてきた誤差よりも小さい場合に、その時の低解像度ブロックデータ135に変換テーブルにより対応づけられる高解像度画像データ130をメモリ134から読み出して保持する。変換テーブルにある全ての低解像度ブロックデータとの比較が終了したら、ブロック保持回路137からそのとき保持されている高解像度画像データ130が拡大ブロックデータ138として読み出されて画像メモリ139に送られ、拡大画像の左上の位置として記録される。
同様に図5Rのブロックごと、G成分について、図5Gのブロックごと、B成分について、図5Bのブロックごとに、それぞれ拡大する。
なお、R、G、Bのうち、人間の目にはGの影響が強いため、Gでのブロック境界が目立つ場合がある。こういう場合には、RとBのブロック配置を同じにして、Gだけを変えることでGのブロック境界を弱めることができる。同様に、色成分がY、U、Vの場合には、人間が検知しやすいYのブロック配置をU、Vと異なるようにし、UとVは同じ配置にすればブロック歪を効果的に軽減できる。
101・・・画像メモリ
103・・・ブロック拡大回路
105・・・画像メモリ
103・・・ブロック拡大回路
105・・・画像メモリ
Claims (7)
- 複数の色成分を有する原画像を保持する原画像保持手段と、
前記原画像保持手段に保持された前記原画像から前記複数の色成分ごとに所定サイズの複数の画像ブロックを取得する画像ブロック取得手段と、
前記取得された画像ブロック毎に、前記原画像の中から相似する相似画像ブロックをそれぞれ検出する相似画像検出手段と、
前記相似画像検出手段により検出された相似画像ブロックを元の画像ブロックに対応して配置する相似画像ブロック配置手段とを具備し、
前記画像ブロック取得手段は、前記色成分のうち少なくとも1色は他の色成分とは異なる位置に画像ブロックを配置することを特徴とする画像処理装置。 - 前記相似画像検出手段は、前記画像ブロック毎に図柄が相似で前記画像ブロックよりも大きな拡大画像ブロックを前記原画像から検出することを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 前記相似画像検出手段は、低解像度ブロックとそれより画素数が多い高解像度ブロックの複数の組を対応づける変換テーブルを用いて、前記画像ブロック毎に、それと画素値が近いブロックを前記変換テーブルの中から探索し、前記相似画像ブロック配置手段は前記探索された低解像度ブロックに対応する高解像度ブロックを前記ブロックの位置関係に合わせて並べることを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 前記ブロックはn×n画素のブロックであり、前記相似画像ブロック配置手段は、前記色成分のうち少なくとも2色において、一方の色成分では画面のひとつの頂点を起点にしてブロックを敷きつめ、他方の色成分では、前記頂点から横にn/2画素、縦にn/2画素ずれた位置を起点にしてブロックを敷きつめることを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 前記色成分は、赤(R)、緑(G)、青(B)であり、RとBのブロックの配置は同じとすることを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 前記色成分は、輝度(Y)、青と輝度の差(U)、赤と輝度の差(V)であり、UとVのブロックの配置は同じとすることを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 原画像保持手段により複数の色成分を有する原画像を保持する工程と、
画像ブロック取得手段により前記原画像保持手段に保持された前記原画像から前記複数の色成分ごとに所定サイズの複数の画像ブロックを取得する工程と、
相似画像検出手段により前記取得された画像ブロック毎に、前記原画像の中から相似する相似画像ブロックをそれぞれ検出する工程と、
相似画像ブロック配置手段により前記相似画像検出手段により検出された相似画像ブロックを元の画像ブロックに対応して配置する工程と、
前記画像ブロック取得手段は、前記色成分のうち少なくとも1色は他の色成分とは異なる位置に画像ブロックを配置する工程とを具備することを特徴とする画像処理方法。
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